预应变对工业纯钛TA2疲劳裂纹尖端应变场的影响

钛制承压设备在制造和服役过程中会产生塑性变形,影响其抗疲劳性能。为了研究预应变对工业纯钛TA2疲劳裂纹扩展行为的影响,本文对原始材料、预应变量为10%、20%和30%的材料进行疲劳裂纹扩展试验,结合数字图像相关(Digital image correlation, DIC)技术获取裂纹尖端应变场,研究预应变对裂纹尖端应变场的影响。结果表明：随着预应变量的增加,稳态疲劳裂纹扩展阶段的扩展速率减小,裂纹张开位移减小,裂纹张开载荷增大,裂纹尖端塑性区、塑性变形量以及循环塑性应变累积量均减小。因此预应变抑制了裂纹尖端的塑性变形及循环塑性累积,致使裂纹闭合效应愈加明显,从而抑制了裂纹的扩展。研究结果对钛制承压设备的安全评定具有参考意义。     

Experiments and Simulations on Tensile Properties and Fracture Toughness of 7050-T7451 Aluminum Alloy Hole Specimens

针对飞机用7050高强铝合金含孔板件进行拉伸性能与断裂韧性的模拟分析与实验研究,并基于裂纹尖端塑性钝化能将常见拉伸性能与平面断裂韧性联系起来,在常规拉伸性能参数的基础上,定量计算出了含孔连接板的断裂韧性值,通过引入与试样几何形状、孔型大小有关的Z参数,表征了含孔构件断裂失效过程中的平面应力和平面应变分布状态与组成比例.研究表明:(1)Z参数联系了材料断裂韧性与构件断裂韧性,反映了含孔构件的几何形状与开孔大小对构件断裂韧性值的影响;(2)含孔拉伸试样的断裂韧性敏感于开孔在垂直于拉伸方向上的尺寸,并随该尺寸的增加而降低;(3)含孔拉伸试样的屈服应力,强度极限等强度指标主要受开孔沿垂直于拉伸方向的尺寸影响,而几乎与开孔在拉伸方向上的尺寸变化无关,但含孔拉伸试样的延伸率则正好与此相反.     

工业纯钛TA2失效评定曲线研究

分析了工业纯钛TA2的拉伸力学性能,按照多段幂次方法处理得到材料的特征参数值,分别基于整体和塑性二段EPRI方法建立失效评定图,用断裂试验验证了基于EPRI建立失效评定曲线的有效性,并与标准规范中的通用评定曲线进行比较。结果表明:对于工业纯钛TA2,各评定标准的通用曲线是偏于保守的,本工作的研究成果有望更准确的用于含缺陷钛制承压设备的安全评定。     

薄壁纯钛管室温力学性能的研究

通过单向拉伸试验研究了四种规格薄壁纯钛管在三种拉伸速率下的室温基本力学性能。结果表明:随着管壁晶粒尺寸的减小,材料的抗拉强度、硬化指数增大;随拉伸速率的增大,抗拉强度逐渐增大,伸长率、硬化指数逐渐减小;薄壁纯钛管的应变速率敏感性指数总体较小,且随着应变的增大而逐渐减小。     

TC21钛合金的高温动态拉伸力学行为

在应变速率为0.001～1270s-1、温度为298～1023K条件下对魏氏组织和双态组织的TC21钛合金进行拉伸试验,利用SEM对拉伸试样的断口进行观察。结果表明:TC21钛合金的拉伸力学行为存在显著的温度和应变速率相关性;当应变速率为0.001和0.05s-1的屈服应力—温度曲线存在转折点,且转折点温度随应变速率的增大而升高;当温度低于转折点温度时,相同氧含量的TC21钛合金和多晶纯钛的屈服应力具有相似的温度相关性;微观组织影响屈服应力的幅值和拉伸塑性的大小,但不影响屈服应力的温度相关性和应变速率相关性;除魏氏组织在室温0.001s-1时为穿晶和沿晶混合断裂外,其他工况下的魏氏组织和双态组织均为穿晶韧性断裂;TC21钛合金在拉伸变形过程中未出现绝热剪切带和形变孪晶。     

锻态工业纯钛热轧变形抗力热模拟试验

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对锻态工业纯钛TA1进行高温拉伸试验,其变形温度为800~1050℃,变形速率为0.01~1 s-1,并对工业纯钛TA1进行变形抗力研究,分析了变形温度、应变速率和变形程度对变形抗力的影响。结果表明,变形抗力曲线主要以动态回复、再结晶软化为主要特征。温度对变形抗力的影响是以工业纯钛TA1相变点为界限。800和1000℃时,随应变速率增大,变形抗力先增大后减小;变形温度为850、900和1050℃时,变形抗力随应变速率增大而增大。变形抗力随变形程度增加,其变化呈两种趋势。     

工业纯钛中低温蠕变的等时应力应变曲线

根据工业纯钛TA2在服役温度范围内(室温、353 K、423 K)的拉伸实验和蠕变实验获得了工业纯钛的拉伸应力应变曲线和蠕变曲线。由中低温蠕变实验数据发现工业纯钛在服役温度范围内会产生显著的蠕变现象,蠕变特征会随温度发生变化。随后,分别建立了工业纯钛在各温度下的弹塑性拉伸本构方程和蠕变本构方程。综合拉伸和蠕变本构方程建立了工业纯钛在服役温度范围内的等时应力应变曲线。等时应力应变曲线显著低于拉伸曲线,并且存在寿命相关性,随着寿命要求的提高等时应力应变曲线不断下降。值得注意的是在不同的温度下等时应力应变曲线随寿命要求的变化规律存在显著差别。根据等时应力应变曲线、结构允许的极限应变和结构设计寿命,本研究提出了工业纯钛与时间相关的许用应力曲线。     

TC4 ELI钛合金包申格效应试验研究

为研究TC4 ELI钛合金常温下循环加载的包申格效应,进行了单轴拉伸-压缩的循环加载试验,获得了TC4 ELI循环加载的应力应变曲线,并通过计算获得了表征钛合金包申格效应的参数,包括包申格应变β、包申格应力参数和包申格能量参数。试验结果表明包申格应变及包申格应力参数随预应变量增大而近似线性增加,包申格能量参数变化不大且反向屈服应力随预应变量增加而大幅降低。     

强度失配焊接接头的裂纹尖端张开位移数值分析

采用有限元方法对平面应变条件下含裂纹不同强度失配的平板拉伸焊接接头进行了弹塑性分析,研究了焊缝与母材强度失配、裂纹长度、母材应力应变曲线类型等因素对焊接接头裂纹尖端张开位移的影响.结果表明,强度失配系数增大,焊接接头裂纹尖端张开位移值降低,裂纹长度越短,强度失配的影响越显著.母材无屈服平台时,裂纹尖端张开位移随外加应变的增大呈单调上升趋势,母材有屈服平台时,在高匹配或者裂纹长度较短时,裂纹尖端张开位移曲线会出现阶段性变化,这主要是由于母材形变硬化滞后焊缝变形所产生的.     

42CrMo铸造环坯高温拉伸性能

以常用轴承材料42CrMo钢为研究对象,采用Gleeble-3500热力试验模拟机,通过高温拉伸试验,分析了铸造42CrMo钢的高温拉伸力学性能。建立了抗拉强度模型,并验证了模型的准确性;计算了硬化系数和应变速率敏感系数。结果表明,铸造42CrMo钢的硬化系数随加热温度升高而减小,随应变速率增大而增大。应变速率敏感系数则随温度升高而增大,随应变速率增加而减小。     

海底管道工程临界评估(ECA)参数敏感性分析

文中以某海管安装期间的缺陷验收为背景,依据BS7910标准《金属结构缺陷可接受性评价方法指南》,利用Crackwise4.0软件对埋藏裂纹进行了2A级断裂评估,并应用敏感度函数和敏感度因子的方法,分析了断裂韧性、主应力和材料力学性能对极限裂纹尺寸的影响,得到了它们各自的敏感度值.结果表明,在以文中选用的基准参数集为前提下,对于固定裂纹长度,室温下的屈服强度对极限裂纹高度影响最大;随着极限裂纹长度的增加,主应力对极限裂纹高度的敏感性有所增加,而断裂韧性和室温下屈服强度对极限裂纹高度的敏感性相对减小;而室温下抗拉强度对极限裂纹高度不敏感.     

Over-Aging Effect on Fracture Toughness of Beryllium Copper Alloy C17200

This study experimentally increased the fracture toughness of Beryllium Copper (CuBe) UNS C17200 alloy using three different age hardening processes. At the same time, the micro- and macro-fracture behavior of this alloy were comprehensively studied. ASTM E399 fracture toughness, tensile, and Charpy impact tests were conducted for all three heat-treated rods. The fracture surfaces were examined under both an optical microscope and a scanning electron microscope to investigate the failure mechanisms. Multiple test orientations were considered to explore isotropy. Increasing the temperature and duration at which age hardening was performed increased fracture toughness while decreasing ultimate tensile strength. The maximum fracture toughness was reached on the most overaged specimen, while retaining a serviceable tensile strength. The specimen test data allowed a relationship to be established among Charpy impact toughness, fracture toughness, and yield strength. Analysis of fracture behavior revealed an interesting relationship between fracture toughness and pre-cracking fatigue propagation rate.     

真空去应力退火对TC18钛合金残余应力及组织性能的影响

在不同温度和时间下对TC18钛合金进行真空去应力退火处理,研究TC18钛合金真空去应力退火前后力学性能及残余应力的变化规律,观察去应力退火后的金相组织和拉伸断口形貌。结果表明:经真空去应力退火后,TC18钛合金的抗拉强度和屈服强度降低,冲击韧性、断裂韧性、伸长率和断面收缩率提高;残余应力消除效果显著;随着退火温度的升高,合金显微组织呈现规律性变化;当温度达到650℃以上时,α相明显减少,亚稳定β相显著增加,导致其强度下降,与力学性能测试结果相吻合;合金塑性提高,与断口形貌分析一致;最后,得到TC18钛合金的真空去应力退火制度为600～650℃和1～4h。     

预应变下高强结构钢低温断裂性能

为了测试高强结构钢Q420力学性能和断裂韧度,对其原材料和塑性变形材料分别进行了不同温度下的拉伸试验和断裂韧性试验.结果表明,结构钢的断裂韧性随着温度的降低显著减小,使其倾向于脆性断裂;而预应变虽然提高了钢材的屈服强度与抗拉强度,但显著降低了钢材的塑性及断裂韧性,进一步增加了脆性断裂发生的可能性.同时利用有限元分析得出...     

SEM原位观察BT20钛合金激光焊接头的断裂行为

采用单边缺口试样用扫描电镜原位观察了BT20钛合金激光焊接头焊缝的裂纹萌生与扩展特征。焊后态试样裂纹一经萌生随即失稳断裂。焊后热处理试样经历了较长的裂纹亚稳扩展阶段，在切应力与正应力共同作用下，微裂纹沿滑移带萌生；裂纹扩展过程中遇到滑移带时发生偏转；新的微裂纹在裂纹尖端的滑移带相交处萌生，并随后与主裂纹相连。焊后热处理可显著提高激光焊接头的韧塑性。     

焊接速度对6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

文中研究了转速和热输入特征值WP一定两种条件下焊接速度对6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头力学性能的影响. 结果表明,转速一定时,接头抗拉强度随焊接速度的增加呈先增大后减小的趋势;热输入特征值WP一定时,随着焊接速度的增加,接头的抗拉强度持续减小;接头呈现出三种断裂方式,分别为发生于热影响区的Ⅰ型断裂、发生于焊核区的Ⅱ型断裂和发生于热力影响区的Ⅲ型断裂;Ⅰ型断裂和Ⅱ型断裂为韧性断裂;Ⅲ型断裂为包含韧性断裂和脆性断裂的混合型断裂;接头拉伸断裂位置并非总出现在硬度最低处;焊接速度小于1 000 mm/min时,WP ≤ 1有利于提高接头力学性能,而焊接速度大于1 000 mm/min时,WP > 1更有利于提高接头力学性能.     

热处理对TC4-DT钛合金棒材组织和性能的影响

研究了热处理对TC4-DT合金φ300 mm棒材显微组织、拉伸性能、断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明:经800℃×2 hAC简单退火、α+β相区固溶+时效、β相区固溶+时效处理后的TC4-DT的显微组织分别为等轴组织、双态组织和片状组织.等轴组织具有较好的拉伸性能、低的断裂韧性和高的疲劳裂纹扩展速率:双态组织与等轴组织相比较,具有较好的拉伸性能,较高的断裂韧性和较低的疲劳裂纹扩展速率:片状组织的拉伸强度低于双态组织和等轴组织,塑性最低,断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率与双态组织的基本相同.总体来说,TC4-DT合金经α+β相区固溶+时效、β相区固溶+时效处理后可获得R_m≥3825 Mpa,R_(P0.2)≥750 Mpa,A_5≥8%,K℃≥90 Mpa ,疲劳裂纹扩展速率小于8×10~(-6)～9×10~(-6) mm/cycle的综合性能.     

带缺口的熔模铸造TiAl合金断裂特性的扫描电镜原位观察(英文)

采用感应凝壳熔炼技术和熔模铸造方法制备TiAl合金。在增量加载情况下,采用扫描电镜原位观察技术观察带缺口的熔模铸造TiAl合金试样的裂纹扩展和断裂特性。在拉伸变形的整个过程中,观察并分析裂纹萌生、扩展直至断裂的全过程。结果表明,TiAl合金的断裂机制不仅对于缺口区域附近的微裂纹敏感,而且与层片方向和加载轴的位向有关。当局部应力大于TiAl合金的断裂韧性时,高的拉伸应力就会导致裂纹萌生、扩展直至断裂失效。因此,TiAl合金的塑性和高的拉伸应力导致带缺口的TiAl合金的断裂失效。     

带环形裂纹的微试样小冲杆试验法测试材料断裂韧性探讨

火电、核电、石油化工行业中有大量的在役压力容器、管道和构件,准确评价在役设备材料的脆化和结构完整性,对于保证装置的安全运行具有重要意义。为适应这一需求,小冲杆测试技术得到了发展,但对小冲杆试样评估在役容器材料的断裂韧性时,仍然只是依靠经验方法和标准的断裂韧性值进行关联,缺乏理论依据。该文提出了在小冲杆试样上开一环形裂纹,以反映裂纹体的断裂韧性测试要求。